CN116177403A - 基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法 - Google Patents

基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法 Download PDF

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孟祥云
苗国辉
李娟�
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Abstract

本发明的实施例公开基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，涉及自动控制技术领域。所述方法，包括：接收吊装指令；通过吊装钩处安装的压力传感器测量当前时刻的吊装拉力；根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比；向用于吊装的有限转角力矩电动机输入占空比为所述目标占空比的PWM波，以对所述有限转角力矩电动机进行调速。本发明能够根据采集到的吊装拉力，自动的调整有限转角力矩电动机输入占空比，使得负载可以快速被吊起，提高了吊装工作效率和设备使用寿命。

Description

基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法。
背景技术
有限转角力矩电动机是一种可在一定的角度范围内直接驱动负载作快速运动和准确定位的伺服电机。在给定电压下，只能在有限转角范围内运动。此类电动机主要用于高精度控制系统中，具有出力大，定位准确，结构紧凑，重量轻等优点。在有限转角力矩电动机吊装不同重量的负载时，目前吊装负载调速变换控制主要是由人工通过设置PWM波的占空比来对有限转角力矩电动机进行调速，从而实现将负载进行吊起。但是由于人工无法准确的获知当前吊装钩处对负载的拉力情况，从而无法精准的控制PWM波的占空比，使得要么花费较长的时间进行吊装负载，要么突然快速的将负载吊起，带来巨大的安全隐患，并且也会给吊绳带来机械疲劳，从而减少了设备使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，用于解决现有吊装负载调速变换控制方法，不够智能，吊装作业效率较低下，并存在安全隐患，易导致设备疲劳等问题。本发明能够根据采集到的吊装拉力，自动的调整有限转角力矩电动机输入占空比，使得负载可以快速被吊起，提高了吊装工作效率和设备使用寿命。
本发明实施例提供基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，包括：
接收吊装指令；
通过吊装钩处安装的压力传感器测量当前时刻的吊装拉力；
根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比；
向用于吊装的有限转角力矩电动机输入占空比为所述目标占空比的PWM波，以对所述有限转角力矩电动机进行调速。
在一可选实施例中，在所述通过吊装钩处安装的压力传感器测量当前时刻的吊装拉力之后，还包括：
根据所述吊装拉力判断负载是否被吊离地面；
若所述负载未被吊离地面，则执行所述根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比的步骤。
在一可选实施例中，在判断负载是否被吊离地面之后，还包括：
若所述负载被吊离地面，则根据当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间；
将所述负载的剩余吊装时间提供给用户。
在一可选实施例中，所述根据所述吊装拉力判断负载是否被吊离地面，包括：
根据第一公式计算当前时刻所述负载被吊离地面的标志值；
判断当前时刻所述负载被吊离地面的标志值是否等于1；
若当前时刻所述负载被吊离地面的标志值等于1，则确定当前时刻所述负载被吊离地面，否则，确定当前时刻所述负载未被吊离地面；
其中，所述第一公式为：
Figure BDA0003839558160000021
所述第一公式中，Y(t)表示t时刻所述负载被吊离地面的标志值；t表示当前时刻；F(t)表示t时刻的实时吊装拉力；f表示所述压力传感器的数据采集频率。
在一可选实施例中，在所述确定当前时刻所述负载被吊离地面之后，所述根据当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间之前，还包括：
将当前时刻作为所述负载被吊离地面初始时刻，并将当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比记为所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比；
随后执行所述根据所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间的步骤。
在一可选实施例中，所述根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比，包括：
采集所述有限转角力矩电动机的电压有效值以及当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的电流有效值；
根据所述有限转角力矩电动机的电压有效值、当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的电流有效值以及当前时刻的实时吊装拉力，基于第二公式计算PWM波的目标占空比；
此外，所述根据所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间，包括：
根据第三公式确定所述负载的剩余吊装时间；
其中，所述第二公式为：
Figure BDA0003839558160000031
所述第二公式中，μ(t)表示t时刻需要输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的目标占空比；I(t)表示t时刻输入所述有限转角力矩电动机的电流有效值；IM表示所述有限转角力矩电动机的额定电流值；U表示所述有限转角力矩电动机的电压有效值；
Figure BDA0003839558160000032
表示功率因数，取值0.8；T0表示输入所述有限转角力矩电动机的PWM波中高电平的连续时间；m表示控制所述有限转角力矩电动机旋转一圈需要输入的高电平脉冲个数；R表示所述有限转角力矩电动机的转轴半径；VM表示所述有限转角力矩电动机吊装负载时的最大安全上升速度；/>
所述第三公式为
Figure BDA0003839558160000041
所述第三公式中，ΔT表示当前时刻所述负载的剩余吊装时间；H表示所述负载的目标吊装高度；t0表示所述负载被吊离地面初始时刻；μ(t0)表示所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比。
在一可选实施例中，所述将所述负载的剩余吊装时间提供给用户，包括：
通过预设显示屏倒计时显示负载的剩余吊装时间。
本发明提供的基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，首先使用安装在吊装钩处的压力传感器测量当前时刻的吊装拉力，然后根据此拉力来确定PWM波的目标占空比，最后控制有限转角力矩电动机的输入占空比为目标占空比。本发明能够根据采集到的吊装拉力，自动的调整有限转角力矩电动机输入占空比，使得负载可以快速被吊起，提高了吊装工作效率和设备使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法流程图。参见图1，该方法包括如下步骤S101-S104：
S101：接收吊装指令。
S102：通过吊装钩处安装的压力传感器测量当前时刻的吊装拉力。
S103：根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比。
S104：向用于吊装的有限转角力矩电动机输入占空比为所述目标占空比的PWM波，以对所述有限转角力矩电动机进行调速。
上述技术方案的有益效果为：首先使用安装在吊装钩处的压力传感器测量当前时刻的吊装拉力，然后根据此拉力来确定PWM波的目标占空比，最后控制有限转角力矩电动机的输入占空比为目标占空比。本发明能够根据采集到的吊装拉力，自动的调整有限转角力矩电动机输入占空比，使得负载可以快速被吊起，提高了吊装工作效率和设备使用寿命。
作为一可选实施例，所述步骤S101之后，还包括：
根据所述吊装拉力判断负载是否被吊离地面。
若所述负载未被吊离地面，则执行所述根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比的步骤。
上述技术方案的有益效果为：在负载没有被吊离地面的时候，才继续根据吊装拉力确定PWM波的目标占空比，从而有效地提高了执行效率。
作为一可选实施例，在判断负载是否被吊离地面之后，还包括：
若所述负载被吊离地面，则根据当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间；
将所述负载的剩余吊装时间提供给用户。
上述技术方案的有益效果为：当负载被吊离地面后，就不用再对转角力矩电动机的PWM波的占空比进行调整了，从而能让负载可以匀速上升，达到自动控制的效果，同时负载匀速上升，也有效地提高了设备的使用寿命。另外，将负载的剩余吊装时间提供给用户，能使用户准确把握吊装时间并在吊装完成后及时卸载，减少吊绳使用疲劳，并提高了基于有限转角力矩电动机的吊装效率。
作为一可选实施例，所述根据所述吊装拉力判断负载是否被吊离地面，包括：
S201：根据第一公式计算当前时刻所述负载被吊离地面的标志值。
S202：判断当前时刻所述负载被吊离地面的标志值是否等于1；是则执行S203，否则执行S204。
S203：确定当前时刻所述负载被吊离地面。
S204：确定当前时刻所述负载未被吊离地面。
其中，所述第一公式为：
Figure BDA0003839558160000061
所述第一公式中，Y(t)表示t时刻所述负载被吊离地面的标志值；t表示当前时刻；F(t)表示t时刻的实时吊装拉力；f表示所述压力传感器的数据采集频率。
上述技术方案的有益效果为：利用第一公式计算，若Y(t)＝1，表示所述负载当前时刻已经被吊离地面；若Y(t)＝0，表示所述负载当前时刻还未被吊离地面。根据所述实时吊装拉力实时判断所述负载是否被吊离地面，从而就能准确地知晓当前负载已经被吊离地面，在负载被调离地面后，无需再调节PWM波的占空比，就能使得负载可以匀速上升，达到自动控制效果。
作为一可选实施例，在所述确定当前时刻所述负载被吊离地面之后，所述根据当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间之前，还包括：
将当前时刻作为所述负载被吊离地面初始时刻，并将当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比记为所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比，随后执行所述根据所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间的步骤。
上述技术方案的有益效果为：在负载刚被吊起时，记录下此时时刻和此时输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比，便于后续根据这些值计算负载的剩余吊装时间。
作为一可选实施例，所述根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比，包括：
S301：采集所述有限转角力矩电动机的电压有效值以及当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的电流有效值。
S302：根据所述有限转角力矩电动机的电压有效值、当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的电流有效值以及当前时刻的实时吊装拉力，基于第二公式计算PWM波的目标占空比。
此外，所述根据所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间，包括：
根据第三公式确定所述负载的剩余吊装时间；
其中，所述第二公式为：
Figure BDA0003839558160000071
所述第二公式中，μ(t)表示t时刻需要输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的目标占空比；I(t)表示t时刻输入所述有限转角力矩电动机的电流有效值；IM表示所述有限转角力矩电动机的额定电流值；U表示所述有限转角力矩电动机的电压有效值；
Figure BDA0003839558160000073
表示功率因数，取值0.8；T0表示输入所述有限转角力矩电动机的PWM波中高电平的连续时间；m表示控制所述有限转角力矩电动机旋转一圈需要输入的高电平脉冲个数；R表示所述有限转角力矩电动机的转轴半径；VM表示所述有限转角力矩电动机吊装负载时的最大安全上升速度；
所述第三公式为
Figure BDA0003839558160000072
所述第三公式中，ΔT表示当前时刻所述负载的剩余吊装时间；H表示所述负载的目标吊装高度；t0表示所述负载被吊离地面初始时刻；μ(t0)表示所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比。
上述技术方案的有益效果为：利用第二公式，根据所述实时吊装拉力生成PWM波的占空比以确保控制的有限转角力矩电动机可以将所述负载成功的吊离地面，从而在达到最大负荷功率时通过减小转速提升电动机的有限转角力矩，确保负载可以成功的吊离地面；另外基于第三公式，根据负载吊离地面时的PWM波占空比以及负载需要吊起上升的高度预测所述负载的剩余吊装时间，进而可以提醒工作人员吊装完成的大致时间，便于工作人员的时间调配。
优选地，所述将负载的剩余吊装时间提供给用户，具体包括：通过预设显示屏倒计时显示负载的剩余吊装时间。例如，若根据第三公式计算出当前时刻所述负载的剩余吊装时间为30s，则当前时刻在预设显示屏上显示负载的剩余吊装时间为30s，然后开始倒计时，在1s后显示屏显示负载的剩余吊装时间为29s，在2s后显示屏显示负载的剩余吊装时间为28s，以此类推，直至倒计时结束，显示屏显示负载的剩余吊装时间为0s。通过预设显示屏来实时显示当前时刻所述负载的剩余吊装时间，可以使用户随时掌握吊装完成时间，并在倒计时结束时及时确认是否吊装完成，以便在未完成时及时排查问题。
从上述实施例的内容可知，有限转角力矩电动机会吊装不同重量的负载上升一定的高度，并且所述有限转角力矩电动机是通过PWM波的占空比进行调速的，在负载吊装的过程中，在吊装钩的弯钩处加装压力传感器，用于测量在吊装时的实时吊装拉力，根据所述实时吊装拉力实时判断所述负载是否被吊离地面，并且还根据所述实时吊装拉力生成PWM波的占空比以确保控制的有限转角力矩电动机可以将所述负载成功的吊离地面，并根据负载吊离地面时的PWM波占空比以及负载需要吊起上升的高度预测所述负载的剩余吊装时间，并控制显示屏进行倒计时显示，达到提示吊装人员的目的，并能提高负载吊装的效率，提升设备的使用寿命。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，其特征在于，包括：
接收吊装指令；
通过吊装钩处安装的压力传感器测量当前时刻的吊装拉力；
根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比；
向用于吊装的有限转角力矩电动机输入占空比为所述目标占空比的PWM波，以对所述有限转角力矩电动机进行调速。
2.如权利要求1所述的基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，其特征在于，在所述通过吊装钩处安装的压力传感器测量当前时刻的吊装拉力之后，还包括：
根据所述吊装拉力判断负载是否被吊离地面；
若所述负载未被吊离地面，则执行所述根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比的步骤。
3.如权利要求2所述的基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，其特征在于，在判断负载是否被吊离地面之后，还包括：
若所述负载被吊离地面，则根据当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间；
将所述负载的剩余吊装时间提供给用户。
4.如权利要求3所述的基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，其特征在于，所述根据所述吊装拉力判断负载是否被吊离地面，包括：
根据第一公式计算当前时刻所述负载被吊离地面的标志值；
判断当前时刻所述负载被吊离地面的标志值是否等于1；
若当前时刻所述负载被吊离地面的标志值等于1，则确定当前时刻所述负载被吊离地面，否则，确定当前时刻所述负载未被吊离地面；
其中，所述第一公式为：
Figure FDA0003839558150000011
所述第一公式中，Y(t)表示t时刻所述负载被吊离地面的标志值；t表示当前时刻；F(t)表示t时刻的实时吊装拉力；f表示所述压力传感器的数据采集频率。
5.如权利要求4所述的基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，其特征在于，在所述确定当前时刻所述负载被吊离地面之后，所述根据当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间之前，还包括：
将当前时刻作为所述负载被吊离地面初始时刻，并将当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比记为所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比；
随后执行所述根据所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间的步骤。
6.如权利要求5所述的基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，其特征在于，所述根据所述吊装拉力确定PWM波的目标占空比，包括：
采集所述有限转角力矩电动机的电压有效值以及当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的电流有效值；
根据所述有限转角力矩电动机的电压有效值、当前时刻输入所述有限转角力矩电动机的电流有效值以及当前时刻的实时吊装拉力，基于第二公式计算PWM波的目标占空比；
此外，所述根据所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比以及所述负载的目标吊装高度，确定所述负载的剩余吊装时间，包括：
根据第三公式确定所述负载的剩余吊装时间；
其中，所述第二公式为：
Figure FDA0003839558150000021
所述第二公式中，μ(t)表示t时刻需要输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的目标占空比；I(t)表示t时刻输入所述有限转角力矩电动机的电流有效值；IM表示所述有限转角力矩电动机的额定电流值；U表示所述有限转角力矩电动机的电压有效值；
Figure FDA0003839558150000032
表示功率因数，取值0.8；T0表示输入所述有限转角力矩电动机的PWM波中高电平的连续时间；m表示控制所述有限转角力矩电动机旋转一圈需要输入的高电平脉冲个数；R表示所述有限转角力矩电动机的转轴半径；VM表示所述有限转角力矩电动机吊装负载时的最大安全上升速度；
所述第三公式为
Figure FDA0003839558150000031
所述第三公式中，ΔT表示当前时刻所述负载的剩余吊装时间；H表示所述负载的目标吊装高度；t0表示所述负载被吊离地面初始时刻；μ(t0)表示所述负载被吊离地面初始时刻输入所述有限转角力矩电动机的PWM波的占空比。
7.如权利要求5或6所述的基于有限转角力矩电动机的负载调速变换控制方法，其特征在于，所述将所述负载的剩余吊装时间提供给用户，包括：
通过预设显示屏倒计时显示负载的剩余吊装时间。
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